商場通道障礙物對人員疏散的影響研究

吳 浩，丁元春，翁發祿

（1.江西理工大學資源與環境工程學院，江西 贛州 341000；2.江西理工大學電氣工程與自動化學院，江西 贛州 341000）

1 前言

隨著中國經濟飛速發展，人們的生活水平不斷提高，各種消費需求不斷增加，促使各種購物中心、商業綜合體應運而生，遍地開花。購物商場一方面給人們的生活帶來了便利，另一方面也帶來了一定的災害風險，例如火災、地震等。商場建筑空間復雜、人流規模大，商品的種類繁多且大多燃點低，一旦出現火災，損失可想而知。當災害來臨時，如何提高人員的疏散效率，盡可能地降低災害帶來的損失，是當前研究的熱點。

商場作為一種聚集性公共場所，一旦發生危險，很容易造成群死群傷。商場事故嚴重地威脅著人民群眾生命財產的安全，因此為商場制定切實可行的人員疏散應急預案是必要的。商場通道具有人員密集、流通量大的特點。商家為了提高某些商品的知名度，經常在通道處擺放展臺，對商品進行宣傳和促銷。如圖1 所示。展臺擺放在通道位置無疑對緊急情況下的人員疏散會產生一定的影響。基于以上情況，本文主要通過計算機仿真研究展臺的形狀及位置對疏散的影響，進而實現為商場通道及展臺的設計及展臺的擺放提供理論依據。

2 疏散建模

某商場一樓的平面圖如圖1 所示，其具有4 個出口及2部上下樓電梯。為了研究展臺等障礙物對人員疏散的影響，在此選擇出口1 處的通道部分為研究對象。該通道寬12 m，長15 m。為了研究不同形狀障礙物對疏散的影響，本文選擇了五種典型形狀障礙物作為研究對象：正方形、三角形、平行四邊形、圓形、梯形物體，如圖2 所示。障礙物距離出口中心線3.5 m，正方形、三角形、平行四邊的邊長均為4 m、圓形的半徑為2 m、梯形的下邊長為5 m，上邊長為3 m，高為4 m。

圖1 商場第一層平面示意圖

圖2 障礙物形狀及其對疏散的影響

3 障礙物對人員疏散的影響

3.1 障礙物形狀對疏散的影響

基于上文所得模型, 將計算機隨機產生的1 200 個隨機被疏散人員放置于商場的第一層，并讓其均通過出口1 進行疏散。經計算機仿真后，得到5 種情況及無障礙物情況下的1 號出口通行效率，如圖3 所示。

圖3 不同障礙物條件下1 號出口的通行效率

由圖3 可知，障礙物形狀不同阻礙作用也不同。無障礙物時的通行效率最高，平行四邊形和梯形障礙物對出口人員疏散的阻礙作用最大；正方形和圓形達到的通行效率較高，僅次于無障礙物情形，且圓形的通行效率高于正方形。圖3顯示了疏散過程中某時刻的人員分布情況。在人員密度較低的情況下，中心線上的正方形和圓形類型障礙物將原本單一的人流平均分割為兩股，兩側疏散較順暢，不易形成擁堵點，障礙物的邊緣起到一定的導流作用；而梯形和三角形障礙物造成兩側通道為漸縮形狀，容易形成擁堵點；而平行四邊形造成兩側通道一邊為漸擴，另一邊為漸縮形狀，容易在漸縮一邊形成擁堵點。

3.2 障礙物位置對疏散的影響

在此選擇上文所述正方形作為障礙物，先將障礙物設置在1 號出口中心線上距離出口0.5 m 處，每次疏散結束后依次將障礙物向室內移動0.5 m，然后在同等人員屬性條件下進行重復疏散實驗，直到障礙物距離出口6.5 m。經計算機仿真得到1 號出口的平均通行效率，如圖4 所示。

圖4 障礙物位置對疏散的影響

由圖4 可知，當障礙物距離出口在0.5～3.5 m 時，人員通行效率變化基本不大，但3.5～6.5 m 之后急劇下降。因為在0.5～3.5 m 時，障礙物距離出口還較近，出口通道也有一定的長度，疏散人員從室內區域到出口通道還有足夠的緩沖時間，這時候并沒有形成“瓶頸”。而當障礙物距離出口3.5～6.5 m 時，障礙物逐漸逼近走道，“瓶頸”逐漸形成，導致人員在區域1 大量密集、擁堵，疏散效率快速下降，這時候瓶頸的疏散效率是主要影響因素。

3.3 障礙物寬度對人員疏散的影響

在距離1 號出口位置4 m 處設置一個邊長為0.5 m 的正方形障礙物，控制障礙物縱向長度不變，每次疏散結束后依次將障礙物橫向寬度增加0.5 m，然后在同等人員屬性條件下進行重復疏散實驗，直到障礙物寬度達到5 m。經計算機仿真得到1 號出口的平均通行效率，如圖5 所示。

圖5 障礙物橫向寬度對通行效率

由圖5 可知，障礙物寬度與出口的平均通行效率呈負相關，隨著障礙物寬度的增加，出口的平均通行效率逐漸下降，說明其阻礙作用也逐漸增大。高人員密度及低人員密度情況下，兩曲線基本重合，說明這時候中心線位置的障礙物的橫向寬度已經成為影響疏散的主要因素。

3.4 障礙物長度對人員疏散的影響

取第一層為研究對象，在距離1 號出口位置0.5 m 處，設置一個邊長為0.5 m 的正方形。控制障礙物橫向寬度不變，每次疏散結束后依次將障礙物縱向長度增加0.5 m，然后在同等人員屬性條件下進行重復疏散實驗，直到障礙物縱向長度達到6.5 m。經計算機仿真得到1 號出口的平均通行效率，如圖6 所示。

由圖6 可知，在低密度人群及高密度人群的條件下，縱向長度變化對出口通行效率影響均不大。

4 結論

本文主要研究了商場通道障礙物對人員疏散的影響。通過計算機仿真模擬可知：①平行四邊形和梯形障礙物對出口人員疏散的阻礙作用最大；正方形和圓形達到的通行效率較高，僅次于無障礙物情形，且圓形的通行效率高于正方形。②障礙物靠近出口（距離出口0.5～3.5 m）可提高出口的通行效率；當障礙物距離出口3.5～6.5 m 時，容易形成“瓶頸效應”，進而降低通行效率。③障礙物寬度與出口的平均通行效率呈負相關，隨著障礙物寬度的增加，出口的平均通行效率逐漸下降。④障礙物的縱向長度變化對出口通行效率影響均不大。